油气管道不等壁厚内锥孔环焊缝的相控阵超声检测

油气输送管道建设中,不等壁厚钢管的焊接较为常见。传统倒角式内坡口环焊缝的根部应力集中、焊趾易存在缺陷且容易漏检。孔锥形内坡口环焊缝可将不等壁厚焊接改进为等壁厚焊接。围绕油气管道常用的PAUT检测,针对孔锥形内坡口引起的检测质量问题进行了理论(仿真)分析,设计加工了含不同位置缺陷的对比试块并结合仿真试验进行了对比分析,确定了适宜的最小锥孔长度,为工程应用提供了有力的技术支持。

环形缝隙喷嘴改进导流内锥式除尘滤筒脉冲喷吹性能的数值模拟

为提高除尘滤筒脉冲喷吹性能,研究了环形缝隙喷嘴对导流内锥式除尘滤筒清灰性能的改进作用,采用CFD数值模型对喷吹性能进行模拟,考察了除尘滤筒内部流场特征,研究了喷吹距离、文丘里管增设对喷吹效果的影响。结果表明:相比于普通喷嘴,使用环缝喷嘴后滤筒上部的负压几乎消失,滤筒内压力增大,喷吹强度提升;喷吹强度随着喷吹距离的增大呈先增后降的趋势,且喷吹均匀性逐渐改善,环缝喷嘴在喷吹距离为400 mm时,滤筒的清灰性能最佳,喷吹强度提升了44%;在滤筒上方开口处增设文丘里管可以使滤筒内压力峰值得到较大的提升,随着文丘里管安装高度升高,滤筒内的喷吹强度先升高再缓慢降低,变异系数呈先增后降的趋势,文丘里管安装高度为-30 mm时对喷吹强度提升最大(29%)。

碟形弹簧内锥角的计算

碟形弹簧具有轴向空间紧凑、缓冲能力强的优点,应用范围越来越广。提出了一种碟形弹簧内锥角的计算方法,针对普通碟形弹簧、带圆角碟形弹簧、有支撑面碟形弹簧、带圆角有支撑面碟形弹簧,分别推导出内锥角计算式,并给出计算实例。

内锥插拔式电缆终端头的制作工艺及流程

内锥插拔式电缆终端头结构简单,安装快速便捷。套管可与电缆、应力锥分开安装、分开试验,分为重复使用和不可重复使用两种。主要阐述内锥插拔式电缆终端的制作工艺及流程。

螺纹插装式溢流阀阀套内锥面制造的误差控制

螺纹插装式溢流阀阀套精加工采用碳氮共渗后磨削的制造工艺,内锥面的形位误差会影响溢流阀的使用寿命和静动态特性,制造过程需要精准控制内锥面的误差.通过对工艺分析建立制造误差模型并应用研究,由此获得内锥面自身角度的合理误差范围,以及内锥角误差与磨削量之间的变化关系.根据阀套结构特点设计专用的检测装置,并对检测原理和测量误差进行分析,通过误差校对提高检测精度.对热处理后的阀套进行轴向尺寸分组,并采用基准统一原则,保证磨削制造精度的稳定性.根据检测原理和误差模型对试磨件进行误差计算,并据此调整磨削参数,使制造误差合格;后续制造时采用检测装置快速测量阀套的密封圆轴向尺寸,使制造误差均落在控制范围内,保证批量生产的可控性.研究表明,基于某型溢流阀的设计及工艺参数,内锥面自身角度的实际制造误差控制以±0.8°为宜,对应的密封圆轴向最大磨削公差为0.186 mm、修正后的最小磨削公差为0.075 mm;实验验证了误差模型的准确性,所述检测方法的角度测量误差为0.06°、密封圆轴向尺寸测量误差为2μm,因角度测量误差带来的最大、最小磨削量范围偏差可通过内锥角实际制造误差的收缩进行补偿;所研究的理论与方法也为其他内锥面的制造控制及逆向工程提供了系统的方法.

V形内锥流量计关键参数对流出系数的影响

将计算流体动力学仿真试验和实流物理试验相结合,剖析V形内锥流量计的流出系数特性,探索不同等效直径比β、前后锥角以及雷诺数等对流出系数的影响规律。湍流模型为RNG k-ε模型。针对100 mm口径,设计了β值分别为0.50、0.65、0.85,前锥角分别为40°、45°、50°,后锥角分别为120°、130°、140°,共27种组合的V形内锥体,仿真介质为水,温度为293 K。经过数值模拟试验,获得了27条内锥流量计流出系数特性曲线。为进一步验证仿真试验结果,在已有实流试验系统的基础上,建立针对V形内锥流量计的专用自动标定平台。两类试验数据比较发现:内锥流量计的流出系数不仅和雷诺数有关,还与等效直径比β及前后锥角相关。首先,β值越大,流出系数越小,且β值越大,流出系数更易受雷诺数的影响;其次,β值相同时,前锥角对流出系数具有决定性的影响,而后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响;第三,较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响。数值模拟试验预测平均误差约5%,最大值小于10%。

上游单弯头对内锥流量计性能影响的仿真与实验研究

旨在获取上游安装单个90°弯头条件时内锥流量计所需要的最短直管段长度。将计算流体动力学数值仿真和实流实验有机结合,通过数值仿真揭示速度场与压力的分布信息,预测上游弯头及直管段长度对内锥流量计流出系数的影响规律,并结合实流实验进行验证。仿真和实验的介质均为常温水,雷诺数范围分别为0.498×105～4.98×105和0.14×105～5.1×105。实验包含基线实验与弯头实验两种类型,以基线实验为基准,其中节流比分别为0.45/0.65/0.85,利用平均流出系数相对误差及附加不确定度作为安装条件影响的主要评价标准,给出上游单个90°弯头的直管段长度,并与国外研究结论进行了比较。

内锥流量计流出系数预测方法研究

采用标准k-ε模型、RNG(Renormalization Group)k-ε模型、Realizablek-ε模型和Reynolds应力方程模型RSM(Reynolds Stress Model)对100 mm口径6种结构的内锥流量计内流场进行了数值模拟。在等效直径比β值为0.65的三种结构内锥流量计流出系数的仿真计算中,四种湍流模型计算结果与物理实验结果误差的平均值分别为4.19%,2.84%,2.88%和-0.822%;对β值为0.85的情况,各模型计算误差的平均值分别为11.8%,9.62%,9.30%和4.76%。研究结果表明,RSM模型在6种结构内锥流量计流出系数的预测中,计算精度较高,表现出了较好的性能,优于三种k-ε涡粘模型,更适于内锥流量计流场数值模拟与流出系数的预测。

关键因素对内锥流量计压损的影响

为提高对内锥流量计压力损失的认识,获得高准确度的压损计算公式,开展了关键因素对内锥流量计压损影响的实流实验研究。实验介质为常温水,雷诺数范围0.14×105～4.2×105。设计等效直径比分别为0.45、0.55、0.65、0.75、0.85的实验样机一套,从永久压损与相对压损2个角度进行分析。研究表明,一方面等效直径比相同而雷诺数不同时,内锥流量计的永久压损随雷诺数的增大而增大,在对数坐标系下成线性关系;雷诺数相同而等效直径比不同时,永久压损随等效直径比的增大而减小;另一方面,内锥流量计的相对压损与雷诺数无关,与等效直径比相关,随等效直径比的增大而减小。将本研究给出的内锥流量计相对压损计算公式与国外公式预测结果进行了比较,最大偏差为21%;同时,与国外测试的不同流量计相对压损曲线进行了比较,得出本套样机相对压损曲线介于孔板和喷嘴之间,且更靠近孔板的结论。

上游双弯头对内锥流量计性能的影响

为提高对内锥流量计安装与使用条件的认识,开展了上游连续两个90°在同一平面成S型结构和互成垂直平面上弯头的数值仿真与实流实验研究。研制了实验样机一套,β值分别为0.45/0.65/0.85。利用平均流出系数相对误差及附加不确定度作为安装条件影响的主要评价标准,研究结果表明:对于β值分别为0.45/0.65/0.85的内锥流量计,在互成垂直面双弯头安装条件下所需最短直管段长度均为1D;在同平面S型双弯头安装条件下所需最短直管段长度分别为1D/1D/2D。

基于RNGk-ε模型的内锥流量计气体流出系数预测

将计算流体动力学(CFD)气体仿真实验和物理实验相结合,探索不同等效直径比、前后锥角等关键几何参数以及雷诺数对内锥流量计气体流出系数的影响规律.湍流模型为RNGκ-ε模型,实验样机为27种锥体组合结构,实验介质为常温常压空气.仿真实验表明:等效直径比对内锥流量计气体流出系数有决定性影响;前锥角有较大影响,而后锥角对其影响不显著;流出系数随雷诺数增大而趋于常数.利用实流物理实验标定装置对仿真结果进行验证。气体流出系数的预测精度在2%～7%之间.

密切内锥乘波前体进气道一体化设计和性能分析

采用特征线方法设计了具有直线初始激波、内收缩段消除激波反射、出口参数均匀可控的基准内锥流场。基于密切内锥(Osculating Inward turning Cone,OIC)乘波体设计方法,发展了密切内锥乘波前体进气道(Os-culating Inward turning Cone Waverider Inlet,OICWI)一体化设计技术。基于基准内锥流场和前体进气道一体化设计技术,设计了密切内锥乘波前体进气道。采用数值方法对设计的密切内锥乘波前体进气道进行了计算分析,结果表明无粘流场结构和基准内锥流场吻合,无粘模拟结果和理论设计结果吻合。粘性数值模拟结果显示一体化进气道具有较高的流量捕获率及总压恢复特性,进气道出口流场分布均匀。

V型内锥流量传感器使用灵活性研究

利用数值仿真和实验相结合的研究方法,主要研究V型内锥流量传感器的使用灵活性和安装条件,针对50 mm口径的管道,通过长200 mm的渐扩和渐缩管与100 mm口径等效直径比分别为0.45/0.65/0.85 3种结构类型的样机进行连接,对50 mm口径的管道进行常温水流量测量。设计并进行了基线和扩管2类实验,仿真预测结果和实验结论吻合,研究结果表明,在一定的前直管段安装条件下,其流出系数相对误差和附加不确定度满足性能指标要求。研究结果可为V型内锥流量传感器实际安装和使用提供一定的参考。

上下游闸阀对内锥流量计性能影响的实验研究

旨在认识恶劣流场对内锥流量计性能的影响,利用上下游闸阀实现对流场的扰动,设计内径为100 mm的实验样机一台。实验介质为常温水,雷诺数范围0.1×10^5-4.5×10^5。实验分基线实验与闸阀开度实验2种形式,累计65组,上游闸阀开度分别为75%/50%/25%,下游闸阀开度分别为100%/50%,安装形式13种,等效直径比分别为0.45/0.55/0.65/0.75/0.85.提出平均流出系数相对误差、不确定度和附加不确定度作为安装条件恰当与否的主要评价标准。实验结果给出了12种不同安装形式的直管段建议长度,并与国外研究结论进行了比较。等效直径比为0.45/0.55时,前直管段均为3D 等效直径比为0.65/0.75/0.85时前直管段均为5D。

密切曲内锥乘波前体进气道低马赫数性能试验研究

基于密切曲内锥乘波前体进气道的一体化设计方法,生成了内外流匹配的一体化三维乘波前体进气道理论构型。在几何约束条件下,完成了实用化构型设计,其总收缩比4.6,内收缩比2.0。开展了来流马赫数3.0,3.5,4.0条件下的风洞试验研究。试验研究结果表明,一体化前体进气道可以在来流马赫数3.5及以上自起动;在马赫3.5和4.0,攻角0°时,其流量捕获系数分别为0.65和0.73,最大抗反压性能分别为26倍和38倍的来流压力。本文的试验研究结果,证实了设计的一体化密切内锥乘波前体进气道能够在吸气式高超声速飞行器的低马赫数端正常工作,并具备较高的流量捕获系数。

密切曲面内锥乘波前体进气道设计和试验研究

介绍了密切曲面内锥乘波前体进气道（Osculating Inward turning Cone Waverider Inlet，OICWI）的一体化设计方法，对该型乘波前体进气道的性能进行了数值分析，针对该型一体化乘波前体进气道完成了风洞试验研究。理论设计结果和设计状态无粘模拟结果一致，设计状态下的计算结果表明，前体进气道具有较高的总压恢复、较好出口流场均匀度及较高的流量捕获率。试验研究结果表明，改型一体化前体进气道在马赫数5～7条件下顺利启动，流场波系及压力分布同数值分析结果吻合。

内锥流量计可膨胀系数实验研究

为提高内锥流量计气体流量测量的准确性,探索可膨胀系数的高精度计算模型,设计了内锥流量计实验样机,利用正压法临界流音速喷嘴气体流量标准装置开展了实验,根据可膨胀系数的拟合方案,获得了高准确度的计算公式;与经典标准孔板公式、标准文丘里管公式及国外研究机构给出的三个内锥流量计公式进行了比较,绘出不同节流比下各公式可膨胀系数的预测曲线及相对误差曲线,得出当流动条件相同时,对于同一节流比及同一等熵指数,研究获得的可膨胀系数公式均方根误差优于0.7%。

密切内锥乘波体设计方法和性能分析

发展了密切内锥乘波体的设计方法.密切内锥乘波体采用ICFA(internal conical flow A)流动作为基准流场,在定义乘波体出口激波型线(inlet capture curve,ICC)和前缘型线(front capture tube,FCT)后,采用密切轴对称技术及流线追踪技术,设计生成密切内锥乘波体.采用数值方法对设计的密切内锥乘波体在设计状态下进行了模拟,将理论设计结果和数值模拟结果进行了对比验证,数值模拟和理论设计结果一致吻合.

内锥式三相旋流分离器分离性能研究

采用Fluent软件对内锥式三相旋流分离器的内部流场进行模拟研究,分析了分离器的分离机理,在理论方面验证了使用该分离器对气液固三相进行分离的可行性。此外,通过室内实验研究明确了不同操作参数(包括入口流量、气液比和分流比)对分离效果的影响,并总结出了该结构尺寸分离器的最佳操作参数范围。

L悬臂型内锥流量计可膨胀系数仿真与实验研究

为获得内锥流量计高准确度的可膨胀系数数学模型,实验样机等效直径比分别设计为0.45、0.55、0.65、0.75和0.85,利用计算流体动力学(CFD)方法对悬臂型内锥流量计进行了可膨胀系数的仿真实验,获得了可膨胀系数的CFD预测公式模型.同时,利用正压法音速喷嘴气体流量标准装置,进行了可膨胀系数的实流实验,获得了实验拟合的经验公式模型.通过对两类公式模型与实验结果的比较,得出CFD预测模型的相对误差平均值为0.77%,最大值为1.66%,均方根误差平均值为0.92%,最大值为1.97%;实验经验模型的相对误差平均值为0.25%,最大值为0.42%,均方根误差平均值为0.30%,最大值为0.51%.